Страница 8: Изыскания и проектирование автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах. Учебное пособие (46562)

Рис. 8.11. Поперечные профили земляного полотна на легкоосушаемых грунтах:

1 - водоотводная канава; 2 - мохорастительный покров; 3 - резерв; 4 - глинистый легкоосушаемый грунт с примесью крупного песка, щебня или гравия; 5 - супесчаный грунт; 6 - ВГВМ до постройки насыпи; 7 - ВГВМ после постройки насыпи

9. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Стадийность проектно-изыскательских работ (табл. 9.1) устанавливают на основе технико-экономического обоснования строительства дороги (титула), для составления которого проводят экономические и рекогносцировочные изыскания.

Таблица 9.1

Стадийность проектно-изыскательских и опытных работ

Новые автомобильные дороги проектируют, как правило, в две стадии: проведение подробных изысканий для составления технического проекта дороги (ТП) и предпостроечные изыскания для составления рабочих чертежей (РЧ).

При реконструкции дорог возможно одностадийное проектирование на основе подробных изысканий - технорабочий проект (ТРП).

На всех стадиях изысканий проводят мерзлотно-грунтовые исследования, объем и содержание которых должны быть достаточными для составления по каждому сооружению не менее двух (продольного и поперечного) мерзлотно-грунтовых резервов, необходимых для разработки мероприятий, обеспечивающих устойчивость проектируемых сооружений.

Мерзлотно-грунтовые исследования предусматривают:

- предварительную оценку работ;

- подробную мерзлотно-грунтовую съемку;

- проходку разведочных скважин;

- полевые и лабораторные определения физико-механических свойств грунтов.

Для достоверности оценки топографических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местности изыскания автомобильных дорог проводят, как правило, в теплый период года; обследования наледных мест, бугров пучения и снегозаносимых участков - в зимнее время.

Инженерно-геологические, гидрогеологические обследования и мерзлотно-грунтовые исследования выполняют при технических изысканиях комплексной проектно-изыскательской экспедицией, оснащенной оборудованием в зависимости от стадии проектирования. На основе результатов этих работ выявляют участки местности с наиболее благоприятными инженерно-геологическими, гидрогеологическими и мерзлотно-грунтовыми условиями для проложения трассы дороги по наивыгоднейшему варианту. Окончательные решения принимают на основе технико-экономических расчетов.

Изыскательские экспедиции и их отдельные партии обеспечивают (в зависимости от местных условий) самолетами, вертолетами, вездеходами, катерами и в отдельных случаях оленьими или собачьими упряжками. В течение всего периода изысканий экспедиционные группы должны иметь двустороннюю радиосвязь с базой экспедиции.

Объем изыскательских работ на каждой стадии корректируют в зависимости от сложности геологических, мерзлотно-грунтовых и топографических условий с учетом освоенности района изысканий, в том числе и наличия дорог.

Проектно-изыскательские работы разделяют, как правило, на подготовительные, полевые и камеральные.

В подготовительный период предусматривают сбор и изучение литературных, фондовых материалов в проектных, строительных и эксплуатационных организациях, в организациях гидрометеослужбы и геологических управлениях.

В полевой период выполняют все топографо-геодезические и инженерно-геологические работы.

В камеральный период систематизируют полученные в подготовительном и полевом периодах сведения, изучают результаты лабораторных и полевых анализов грунтов и строительных материалов, составляют подробную пояснительную записку с иллюстративно-графическими материалами: картами, планшетами, схемами, разрезами, продольными и поперечными профилями, фотоснимками отдельных мест и т.п.

Рекогносцировочные изыскания предусматривают выполнение инженерно-геологических обследований и мерзлотно-грунтовых исследований в объеме, необходимом для уточнения вариантов трассы, назначенных по карте и фондовым материалам.

Подробные изыскании предусматривают выполнение в полном объеме всех топографических работ, инженерно-геологических обследований и мерзлотно-грунтовых исследований для составления технического проекта, в котором дается окончательный вариант проложения трассы, уточненный на особо сложных и недостаточно проработанных ранее участках.

При проведении рекогносцировочных и подробных технических изысканий широко применяют геофизические методы, аэрофотосъемку, аэровизуальное наблюдение и инженерно-геологическое дешифрование аэрофотоснимков.

При предпостроечных изысканиях, перед составлением рабочих чертежей, трассу восстанавливают на местности, закрепляют в плане и по высоте, уточняют гидрогеологические и мерзлотно-грунтовые условия на участках наиболее ответственных сооружений (места проектируемых малых искусственных сооружений, подходы к большим водотокам и переходы через них, площадки под линейные здания службы эксплуатации и т.п.).

Одной из главных особенностей проектно-изыскательских работ следует считать необходимость организации наблюдательных постов и опытных участков.

Организацию опытных участков, оборудование наблюдательных постов и проведение на них стационарных наблюдений и испытаний целесообразно начинать в период производства изыскательских работ и заканчивать при строительстве дороги (см. табл. 9.1).

Стационарные наблюдения проводят с целью проверки правильности применяемых конструкций, способов производства работ, новых решений в области конструирования, расчета, эксплуатации сооружений, а также установления характера их взаимодействия с вечно- и сезонномерзлыми грунтами. Стационарные наблюдения проводят на специальных пунктах (постах), организуемых на опытных конструкциях, а также на характерных участках эксплуатируемых автомобильных дорог.

В программу наблюдений входит круглогодичное систематическое изучение: а) теплового режима грунтов земляного полотна и естественного основания (температуры, глубины, скорости промерзания и оттаивания); б) водного режима грунтов земляного полотна и естественного основания (влажности, источников увлажнения); в) пучения и осадки грунтов земляного полотна и дорожных покрытий; г) прочности и информативности грунтов земляного полотна и естественного основания (модуля упругости, сцепления и угла внутреннего трения); д) метеорологических условий (температуры воздуха, осадков, ветра, времени установления и схода снегового покрова).

Наблюдательные посты оборудуют после подробного изучения климатических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местности, конструктивных особенностей участка дороги и составляют специальный паспорт.

9.1. Температурный (мерзлотный) режим грунтов

Наблюдения за температурой, глубиной и скоростью промерзания и оттаивания грунтов осуществляют с помощью жидкостных (ртутных, спиртовых) термометров, а также электрических термометров сопротивления.

Жидкостные термометры применяют, как правило, при измерениях температуры грунтов в шурфах и буровых скважинах, а электрические термометры сопротивления - в скважинах.

Температуру фиксируют на глубинах 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3 м; от 3 до 10 м - через каждый метр, а глубже 10 м - через 5 м. На глубинах до 3 м измеряют температуру четыре раза в сутки, до 10 м - один раз в сутки, глубже 10 м - один раз в месяц.

Схема заложения термометров и влагомеров на наблюдательном посту представлена в табл. 9.1.

Результаты измерений температуры заносят в журнал наблюдений.

Рис. 9.1. Схема заложения датчиков на наблюдательном посту:

1 - измерительная вертикаль по оси дороги; 2 - то же на обочине; 3 - то же посередине кювета; 4 - то же на границе полосы отвода; (+) - термометры; (-) - влагомеры; 5 - пост наблюдения и М.Рп.

9.2. Наблюдение за осадкой (пучением) грунтов земляного полотна и дорожных покрытий

Пучение (осадку) фиксируют путем нивелирования специальных марок (маяков). На участках автомобильных дорог с капитальными и облегченными покрытиями применяют закрепленные в покрытиях стержни со шляпкой, имеющей сферическую поверхность или специальную выточку для установки на ней рейки.

Марки для наблюдения за осадкой (пучением) грунтов основания земляного полотна изготавливают из металлического листа толщиной 3 - 4 мм размерами 3030 или 4040 см и диаметром стержня 10 - 15 мм, приваренного по центру листа. Высота стержня должна быть на 10 см меньше высоты насыпи в точке установления.

Нивелировочной основой является мерзлотный репер, устанавливаемый в придорожной полосе (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Конструкция мерзлотного репера:

1 - деревянный короб; 2 - торф или мох; 3 - грунт; 4 - заглушка; 5 - стержень репера в вечномерзлотном грунте; 6 - глинистый раствор; 7 - засыпка песком; 8 - заполнение солидолом; 9 - труба

9.3. Определение модуля упругости мерзлых и оттаивающих грунтов в полевых условиях

Модуль упругости мерзлых и оттаивающих грунтов земляного полотна и соответственного основания в зоне вечной мерзлоты определяют посредством пробных нагружений грунта с помощью передвижного пресса. Испытания проводят с помощью специального пресса или более простого оборудования, состоящего из гидравлического (или механического) домкрата, манометра, набора штампов разных диаметров и индикаторов для замера осадок штампа.

Домкрат упирают в раму груженого автомобиля или прицепа. Применяемая для испытания установка должна иметь мощность, достаточную для нагружения грунта нагрузками, превышающими расчетные.

Осадки штампа замеряют тремя индикаторами, установленными на равном расстоянии от центра штампа и друг от друга (под углом 120??). На основании этих данных вычисляют упругую деформацию при каждой ступени нагрузки штампа и строят зависимость величины деформации от удельного давления. Имея значения упругой деформации при каждой степени удельной нагрузки Р, по формуле вычисляют величину модуля упругости:

где Р - удельная нагрузка, МПа, под действием которой установлена величина отразимой упругой деформации lу, см; Д - диаметр жесткого штампа, см; μ - коэффициент Пуассона, равный 0,2 - 0,3; π/4 - поправочный коэффициент, учитывающий использование жесткого штампа.

Литература

1. Материалы XXVII съезда Коммунистической партии Советского Союза. - М.: Политиздат, 1986. - 270 с.

2. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. - М.: Изд-во АН СССР, 1927.

3. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. - Л.: Изд-во АН СССР, 1937.

4. Общее мерзлотоведение / Сумгин М.И., Качурин С.П., Толстихин И.И., Тумель В.Ф. - М.: Изд-во АН СССР, 1940.

5. Основы геокриологии (мерзлотоведения) / П.Ф. Швецов, А.А. Мейсте, Н.И. Салтыков и др.; Отв. ред. чл. корр. АН СССР П.Ф. Швецов, д-р геолог.-мин. наук Б.Н. Достовалов. Ч. I, ч. II. - М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 459 с.

6. Основы геокриологии (мерзлотоведения) / Н.И. Салтыков, А.И. Дементьев, Н.А. Цытович и др.; Отв. ред. д-р техн. наук, проф. Н.И. Салтыков. - М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 365 с.

7. Временные технические условия на изыскания, проектирование и сооружение железных дорог в условиях вечной мерзлоты / Под ред. А.В. Ливеровского, К.Д. Морозова. - М.: Трансжелдориздат, 1939. - 124 с.

8. Морозов К.Д. Проектирование и сооружение мостов в условиях вечной мерзлоты. - М.: Трансжелдориздат, 1936. - 136 с.

9. Богданов Н.С. Вечная мерзлота и сооружения на ней / Издание комиссии всестороннего исследования ж.-д. дела в России. - С.-Петербург, 1912.